KR101030637B1

KR101030637B1 - 표면 결함 검사장치

Info

Publication number: KR101030637B1
Application number: KR1020090008117A
Authority: KR
Inventors: 전영권
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2011-04-20
Also published as: KR20100088957A

Abstract

본 발명은 표면 결함 검사장치에 관한 것으로, 본 발명에 의할 경우 광원, 피검사체가 고정되어 안착되는 스테이지, 상기 광원으로부터 입사되는 입사광을 집광하여 상기 기판으로 조사하는 조명 광학계 그리고, 상기 기판으로부터 반사된 반사광이 진행하는 복수개의 경로를 구비하며, 각각의 경로로 진행하는 반사광을 확대 결상시키는 결상 광학계를 포함하는 표면 결함 검사장치를 제공한다.

본 발명에 의할 경우, 확대된 이미지를 통하여 피검사체 표면의 결함을 검사하는 것이 가능한 바, 결함을 검사하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

표면 결함 검사장치{AN APPARATUS FOR DETECTING SURFACE DEFECTS}

본 발명은 표면 결함 검사장치에 관한 것으로, 구체적으로는 반도제 제조시 사용되는 반도체 기판 또는 마스크의 표면의 결함 존재 유무를 검사하기 위한 표면 결함 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 회로 패턴을 형성하는 데, 리소그래피 공정이 널리 이용되고 있다. 이러한 리소그래피 공정은 회로 패턴에 대응도록 패턴이 형성되어 있는 마스크를 이용하여, 노광 및 식각 처리 등을 거쳐 마스크의 패턴을 기판 상에 전사하여 패턴을 형성한다.

최근 들어, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 반도체 소자에 요구되는 패턴의 크기는 점점 축소되고 있다. 이처럼, 패턴의 크기가 축소됨에 따라, 반도체 소자 제조 공정상의 한계로 인하여 실제 기판 상에 패턴 브릿지, 핀치 불량 등의 표면 결함(surface defect)이 발생할 수 있다.

그런데, 종래의 검사장치의 경우 피검사체의 표면 형상이 점차적으로 미세화 됨에 따라 결함을 발견하는 것이 용이하지 않고, 이를 발견하는데 상당한 시간이 요소되는 문제점이 발생하고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 대상 패턴으로부터 형상 정보를 확대하여 이를 검사할 수 있는 표면 결함 검사장치를 제공하기 위함이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 광원, 피검사체가 고정되어 안착되는 스테이지, 상기 광원으로부터 입사되는 입사광을 집광하여 상기 피검사체의 표면으로 조사하는 조명 광학계 그리고, 상기 피검사체의 표면으로부터 반사된 반사광이 진행하는 복수개의 경로를 구비하며, 각각의 경로로 진행하는 반사광을 확대 결상시키는 결상 광학계를 포함하는 표면 결함 검사장치를 제공한다.

여기서, 상기 결상광학계는 상기 반사광의 결상 이미지를 검출할 수 있는 복수개의 영상검출기를 더 포함하며, 상기 반사광은 진행하는 경로에 대응되는 영상검출기에 각각 결상되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 영상검출기는 CCD 센서로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 결상 광학계는 상기 복수개의 경로를 따라 진행되는 반사광을 각각 확대 결상시키는 복수개의 존 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 존 플레이트는 상기 반사광이 진행하는 각각의 경로에 대응되도록 병렬적으로 배치되어, 상기 대응되는 영상검출기로 해당 경로를 진행하는 반사광을 결상시킬 수 있다.

여기서, 상기 결상 광학계는 복수개의 미세 거울을 포함하여 구성되며, 상기 피검사체의 표면으로부터 반사된 반사광이 상기 각각의 미세 거울에 입사하여 상기 미세 거울의 위치 및 경사도에 의해 상기 복수개의 경로로 나뉘어 진행하도록 구성할 수 있다.

이때, 상기 결상 광학계는 상기 반사광의 진행 경로를 분지하는 복수개의 미세 거울을 더 포함하여 구성되며, 상기 피검사체의 표면으로부터 반사된 반사광은 각각의 미세거울에 반사되면서 복수개의 경로를 형성하는 것이 가능하다.

또는, 상기 반사광의 진행 경로를 분지하는 다중 모세관을 포함하여 구성되며, 상기 피검사체의 표면으로부터 반사된 반사광은 상기 다중 모세관 내측으로 입사되어 각각의 모세관이 형성하는 경로를 따라 나뉘어 진행하는 것도 가능하다.

이때, 각각의 경로를 따라 진행하는 반사광은 상기 대응되는 존 플레이트에 수직방향으로 조사되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 존플레이트는 초점이 상이한 복수개의 2차원 이미지를 상기 영상검출기에 결상하며, 상기 영상검출기는 상기 복수개의 2차원 이미지를 이용하여 입체적 형상을 획득하도록 구성할 수도 있다.

이 경우, 상기 존 플레이트는 초점 거리가 서로 다른 회절격자를 포함하는 존 플레이트 더블릿(Zone plate doublet)으로 구성할 수 있다.

아니면, 상기 존 플레이트는 회절되지 않고 투과하는 광과 회절되면서 투과하는 광에 대하여 0.5π의 위상차를 발생시키는 제니크 존 플레이트(Zernike zone plate)로 구성되는 것도 가능하다.

또는 상기 존 플레이트의 전방에는 상기 존 플레이트를 통과한 반사광의 위 상차를 유도하는 위상판(Phase plate)을 구비할 수도 있다.

나아가, 상기 존 플레이트는 상기 반사광이 조사되는 방향과 경사지도록 형성된 회절격자를 구비하는 볼륨 존 플레이트(Volume zone plate)로 구성되는 것도 가능하다.

한편, 본 발명에서 사용되는 광원은 10∼15nm 범위의 전자기파를 조사하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의할 경우, 확대된 이미지를 통하여 피검사체 표면의 결함을 검사하는 것이 가능한 바, 결함을 검사하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그리고, 구역별로 분할하여 각각 이미지 확대가 이루어지는 바, 이미지 왜곡이 현저하게 감소하여 용이하게 검사를 진행할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 이용하여, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 표면 결함 검사장치를 구체적으로 설명하도록 한다. 본 실시예에서는 본 발명을 설명하기 위해 반도체 기판에 형성된 패턴을 검사하는 패턴 결함 검사장치를 일 예로 설명하고자 한다. 다만, 본 발명이 기판의 패턴 결함 검사장치에 한정되는 것은 아니며, 기판의 표면에 형성된 기타 결함에 대한 검사, 리스크래피용 마스크의 패턴 검사, LCD 등의 액정표시장시의 패턴 검사 등에 널리 이용될 수 있다. 이 이외에도 광파를 반사시켜 형상 이미지를 파악하는 각종 검사장치에 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 패턴 결함 검사장치의 내부구성을 도시한 개략도이다. 도 1을 참조하여 본 실시예에 따른 패턴 결함 검사장치를 더욱 구체적으로 설명한다.

본 실시예의 패턴 결함 검사장치는 광원(10), 상기 광원(10)에서 조사된 광이 상기 스테이지(30)로 진행하는 경로를 형성하는 조명 광학계(20), 패턴(미도시)이 형성된 기판(31) 등이 안착되는 스테이지(30) 및 상기 기판(31)에서 반사되는 광을 결상하여 패턴의 이미지를 획득하는 결상 광학계(100)를 포함하여 구성된다.

광원(10)은 기판(31)에 형성된 패턴의 이미지 정보를 전달하기 위한 광을 조사한다. 이때, 광원(10)은 수 나노미터 대의 노드로 이루어지는 패턴들까지도 검사가 가능할 수 있도록 극자외선(EUV, extreme Ultraviolet), 을 조사하도록 구성될 수 있다. 레이저 조사 플라즈마(laser produced plasma)나 방전 여기 플라즈마(discharge produced plasma) 등을 이용하여 광을 발생하는 것이 가능하다. 그리고, 타겟(target) 물질로서는 Sn 또는 Xe 등을 사용할 수 있다.

이로 인해, 광원(10)에서 발생되는 광파는 10∼15nm 범위의 파장을 갖을 수 있고, 바람직하게는 13.5nm의 파장을 갖는 극자외선일 수 있다. 그리고, 평균 레이저 펄스 에너지는 0.1∼1 mJ, 반복률은 1∼10Hz이고, 스펙트럼 대역의 분해능은 1×10^- ⁴이하의 범위를 갖을 수 있다.

광원(10)에서 조사된 광은 조명 광학계(20)를 통하여 스테이지(30) 방향으로 진행한다. 조명 광학계(20)는 광원(10)에서 조사된 광을 집광시켜 기판(31)의 패턴 으로 입사시키는 것이 바람직하다. 기판(31)에 입사되는 입사광이 집광되는 정도가 높을수록, 선명한 해상도의 패턴 이미지 정보를 획득할 수 있기 때문이다. 본 실시예에서는 집광 광학계의 일예로서, 슈바르트실트(Schwarzchild) 광학계를 포함하여 구성된다. 따라서, 광원(10)에서 조사된 입사광은 조명 광학계(20)를 통과하면서 집광이 이루어진 상태로 기판(31) 상에 조사될 수 있다.

스테이지(30)는 본 실시예의 피검사체인 기판(31)을 안착시키는 구성으로, 기판(31)은 상기 스테이지(30)에 안착된 상태로 고정된다. 따라서, 광원(10)에서 조사된 입사광은 상기 기판(31) 방향으로 입사되어 패턴이 형성된 기판(31)에 의해 반사되어, 반대 방향으로 진행된다.

이때, 스테이지(30)는 안착된 기판(31)의 위치를 미세하게 조절할 수 있도록 별도의 구동부(미도시)를 구비할 수 있다. 그리고, 스테이지(30)는 구동부에 의해 수평 또는 수직 방향으로 이동하거나, 경사도가 조절될 수 있도록 구성될 수 있다. 이 경우, 해당 구역의 패턴 검사가 완료되면 광원(10) 및 기타 광학계의 위치를 조절하지 않고, 스테이지(30) 위치를 조절하여 기판(31)의 다음 검사 구역의 패턴 검사를 수행할 수 있다.

기판(31)으로부터 반사된 반사광은 기판(31)의 패턴에 대한 이미지 정보를 포함한 상태로 반사되고, 이후 결상 광학계(100)를 통과하면서 결상이 이루어진다. 구체적으로, 광원(10)으로부터 조사된 광이 기판(31)으로부터 반사되면, 상기 반사광은 결상 광학계(100)를 통과하면서 복수개의 경로로 분할하여 진행되며, 각각의 경로를 진행하는 반사광을 확대 결상시키는 광학기기를 통과하면서 영상 검출 기(130)에 결상되는 구조이다. 이하에서는, 도 2 내지 도 6을 참고하여 본 발명에 따른 결상 광학계(100)를 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 확대도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 결상 광학계(100)는 복수개의 경로를 형성하는 다중 모세관(110) 및 각각의 경로를 진행하는 반사광을 확대 결상시키는 존 플레이트(121)를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 본 발명에서 광을 확대 결상시킨다는 것은 집광된 광이 초점거리를 지나면서 자연스럽게 확대되는 것뿐만 아니라, 확대 결상을 위한 별도의 광학기기를 더 포함하는 것을 의미한다. 따라서, 본 실시예에서는 확대 결상을 위한 광학기기로서 존 플레이트(121)를 이용할 수 있다. 이 경우, 짧은 광학계의 길이로도 원하는 만큼의 확대 결상을 이룰 수 있어, 작은 규모의 검사장치를 구성하는 것이 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 복수개의 존 플레이트(121)가 형성된 존 플레이트 어레이(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 존 플레이트(121)는 반사광이 진행하는 복수개의 경로에 각각 대응되도록 병렬적으로 위치할 수 있다. 따라서, 복수개의 경로로 나뉘어 진행하는 반사광은 해당 경로에 대응되는 존 플레이트(121)를 통과하면서 각각 확대 결상이 이루어질 수 있다. 이 경우, 하나의 반사광을 일체로 확대 결상 시킬 때에 비해, 확대 결상으로 인한 이미지의 왜곡을 감소시킬 수 있다.

각각의 경로를 따라 진행하던 반사광은 각각의 존 플레이트(121)을 통과하면서 상기 영상 검출기(130)에 결상된다. 본 실시예에서는 영상 검출기(130)로서 CCD 센서를 이용하여 구성할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 CCD 센서로 구성되는 복수개의 영상 검출기(130)가 구비되며, 각각의 영상 검출기(130)는 반사광이 진행하는 각각의 경로에 대응되도록 설치될 수 있다. 따라서, 해당 경로를 따라 진행하는 반사광은 대응되는 존 플레이트(121)를 통과하여 해당 영상 검출기(130)에 결상될 수 있다.

만약, 이미지가 결상되는 영상검출기가 하나의 CCD 센서로 구성되는 경우, CCD 센서의 크기를 확대시키는 데에는 한계가 있는 바, 충분히 확대된 이미지를 획득하는 것이 곤란할 수 있다. 또한, CCD 센서를 충분한 크기로 구성할 수 있다고 하더라도, 비용이 크게 증가할 우려가 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 복수개의 CCD 센서를 이용하여 복수개의 영상 검출기(130)를 구성하고, 반사광을 구역별로 분할한 후 독립적으로 확대하여 각각의 영상 검출기(130)에 결상시키는 것이 바람직하다.

이처럼 본 발명에 의할 경우, 확대 결상되는 이미지의 크기에 제한을 받지 않을 수 있고, 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 대단위 면적의 CCD 센서를 이용하여 이미지 정보를 처리하는 것에 비해, 각각의 CCD 센서에서 해당 이미지에 대한 처리가 병렬적으로 이루어지는 바 처리 속도를 월등히 개선하는 것이 가능하다.

이하에서는, 본 실시예의 결상 광학계를 구성하는 구성요소에 대하여 간략하게 설명하도록 한다.

도 3은 일반적인 존 플레이트의 형상을 도시한 것이고, 도 4는 존 플레이트에 의해서 확대 결상되는 원리를 도시한 개략도이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 반사광을 확대 결상시키기 위한 별도의 광학기기를 구비하고, 본 실시예에서는 일 예로서 존 플레이트를 이용하여 구성하고 있다.

존 플레이트(121)의 일반적인 원리는 복수개의 회절격자가 동심원을 형성하면서 이루어진 구성이다.(도 3b 참조) 그리고, 각각의 회절격자(121a) 사이에서는 동심원 형상의 개구된 창(121b)이 반복적으로 형성되며, 빛이 개구된 창(121b)을 통과하면서 회절이 발생한다. 이때, 상기 인접한 창(121b)을 통과하는 광이 상호간에 보강간섭이 발생할 수 있도록, 각 회절격자(121a)의 간격 및 두께를 설계하는 것이 바람직하다. (도 3a 참조)

여기서, 존 플레이트(121)를 통과하는 광은 광축 방향 뿐만 아니라 광축과 경사진 방향으로 진행하는 것도 가능하다. 따라서, 존 플레이트(121)는 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 역할을 동시에 수행하면서 빔을 집속하거나 확대시킬 수 있다.

이때, 존 플레이트(121)의 각각의 회절격자(121a)는 입사되는 광을 차단하거나 위상반전을 유도할 수 있다. 일반적으로 위상 존 플레이트(Phase zone plate)가 진폭 존 플레이트(Amplitude zone plate)보다 집광 효율이 높으므로 이를 활용하며, π와 0ㅀ의 위상반전을 번갈아 가지는 동심원의 구조로서 각 회절격자의 반지름은 초점에서 보강간섭을 일으키도록 결정될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 존 플레이트(121)는 전술한 성질을 이용하여 이를 통하는 광을 확대 결상하는 것이 가능하다. 샘플과 존 플레이트 사이의 거리를 a, 존 플레이트와 결상면 사이의 거리를 b, 초점거리를 f라고 하면,

가 되고, 이미지 확대 비율

가 될 수 있는 것이다. 통상적인 존 플레이트는 지름이 약 0.5mm, 최외곽의 폭은 약 10∼100nm이며, 초점거리는 2mm 내외로서 통상적으로 480배 이상으로 확대 결상하는 것이 가능하다.

따라서, 기판(31)으로부터 반사된 반사광이 진행되는 경로에 존 플레이트(121)를 설치하여, 반사광을 확대 결상시킬 수 있다. 이때, 복수개의 경로로 나뉘어 진행하는 반사광은 대응되는 존 플레이트(121)를 수직 방향으로 통과할 수 있도록 각각 입사되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예의 결상 광학계(100)는 반사광이 진행하는 복수개의 경로를 형성하면서, 각각의 경로를 통과하는 반사광을 존 플레이트(121)에 수직 방향으로 입사시킬 수 있도록 다중 모세관(110)을 이용하여 구성할 수 있다.

도 5는 일반적인 다중 모세관의 단면을 도시한 단면도이고, 도 6은 다중 모세관의 각 경로를 따라 빛이 진행하는 원리를 도시한 개략도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 일반적인 다중 모세관(110)은 광이 통과할 수 있는 복수개의 모세관(111)으로 구성된다. 그리고, 다중 모세관(110)이 밀집 형성되어 있는 일단(110a)으로 광이 유입되면, 각각의 모세관이 형성하는 경로를 따라 분리되어 진행할 수 있다. 따라서, 일 방향으로 진행하던 광은 다중 모세관(110)에 유입되면서 각각의 모세관(111)에 의해 형성되는 경로를 따라 서로 다른 경로를 따라 진행된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 모세관(111)은 내측에 중공 형상의 경로가 형성된 유리관으로 구성될 수 있다. 따라서, 반사광이 임계각 이하의 각도로 입사하면, 모세관(111) 내측에서 전반사를 일으키면서 진행하게 된다.

본 실시예의 다중 모세관(110)은 반사광이 기판(31)으로부터 반사되는 위치에 인접하도록 설치될 수 있다.(도 2 참조) 이때, 상기 기판(31)과 인접한 위치에서는 각각의 모세관(111) 단부가 밀집되어 형성되는 바, 반사광은 모든 모세관(111)으로 각각 분리되어 입사될 수 있다. 그리고 각각의 모세관(111)은 존 플레이트 어레이(120)가 설치된 위치까지 반사광이 진행하는 복수개의 경로를 형성한다. 이때, 존 플레이트 어레이(120)에 인접한 각각의 모세관(111) 단부는 각각의 존 플레이트(121)와 수직 방향을 향하도록 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 각각의 모세관(111) 내측에서 전반사 되며 진행되는 반사광은, 상기 모세관을 통과한 후 대응되는 존 플레이트(121)에 수직으로 입사하는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 반사광을 구역별로 분리하여 진행할 수 있도록 다중 모세관(110)을 이용하여 구성하였다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 구성요소를 이용하여 복수개의 광경로를 구성하는 것도 가능하다.

다른 일 예로서, 복수개의 마이크로 미러(211)를 구비하는 마이크로 미러 어레이(210)를 이용하여 반사광의 경로를 분할할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 반사광이 기판(31)으로부터 반사되어 진행하는 경로상에 마이크로 미러 어레이(210)를 배치한다. 반사광은 상기 마이크로 미러 어레이(210)로 조사되어, 복수개의 마이크로 미러(211)에 의해 반사가 이루어질 수 있다.

이때, 각각의 마이크로 미러 어레이(210)는 서로 다른 위치에서 반사광을 반사시킨다. 나아가, 각각의 마이크로 미러(211)는 개별적으로 경사도를 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 기판(31)에서 입사되는 반사광은 복수개의 마이크로 미러(211)에 각각 나뉘어 조사되며, 해당 마이크로 미러(211)의 위치 및 경사각에 의해 서로 다른 방향으로 반사된다. 그리고, 복수개의 경로로 분할되어 진행하는 반사광은 각각 대응되는 존 플레이트(121)로 입사하여 확대 결상이 이루어질 수 있다.

도 7에서는 구체적으로 도시하지 않았으나, 반사광이 마이크로 미러(211)에서 반사되어 진행하는 경로 상에는, 반사광의 진행 방향 등을 조절할 수 있는 별도의 광학기기를 추가적으로 배치하는 것도 가능하다. 따라서, 이를 이용하여 대응되는 존 플레이트(121)에 수직 방향으로 입사되도록 경로를 제어할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 다양한 방법을 이용하여 기판(31)에서 반사되는 반사광의 경로를 복수개로 분할하고, 각각을 확대 결상시켜 대응되는 영상 검출기(130)에서 이미지를 획득하는 것이 가능하다. 이 경우, 복수개의 영상 검출기(130)를 구비하여 처리 속도가 개선되며, 반사광을 분할하여 각각 확대 결상이 이루어지는바 용이하게 검사를 수행할 수 있다.

이하에서는, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 제2 실시예를 설명하도록 한다. 다만, 전술한 실시예와 유사한 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며, 중복된 설명을 피하기 위하여 공통되는 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.

본 실시예에서는 전술한 실시예와 마찬가지로 광원(10)에서 조사되는 광이 기판(31)상에서 반사되면, 반사광이 분할되어 복수개의 영상 검출기(130)에 확대 결상되는 방식으로 패턴의 결함을 검사할 수 있다. 다만, 전술한 실시예에서는 영상 검출기(130)에서 하나의 이미지만을 획득하였던 것에 비하여, 본 실시예에서는 각각의 영상 검출기(130)에서 두 개 이상의 이미지를 획득할 수 있도록 구성하는 것이 가능하다. 이를 위해, 전술한 실시예에서는 일반적인 존 플레이트를 이용하여 구성하였던 것에 비해, 본 실시예에서는 특수한 형태의 존 플레이트를 이용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 존 플레이트 더블릿 및 이에 의한 영상이미지를 도시한 도면이다. 도 8의 a에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 반사광을 확대 결상하기 위하여 존 플레이트 더블릿(Zone plate doublet)(320)을 이용하여 구성할 수 있다. 여기서, 존 플레이트 더블릿은 중심점이 서로 다른 두 개의 존 플레이트(ZP1, ZP2)가 조합된 구성이다.

존 플레이트 더블릿(320)을 통과하는 반사광은 회절이 발생되는 위치에 따라 서로 다른 초점위치(O1, O2)를 갖는다. 따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 영상검출기에는 상이한 두 개의 이미지가 결상될 수 있다.

이와 같이, 소정 구역의 패턴 이미지 정보를 수반하는 하나의 반사광은 서로 다른 복수개의 이미지로 결상될 수 있다. 이때, 영상검출기는 상기 복수개의 이미지를 처리하여, 패턴의 이미지를 입체 이미지로 형성시키는 것이 가능하다. 따라서, 입체 이미지를 이용하여 용이하게 패턴의 결함을 검사할 수 있다. (도 8의 b참조)

본 실시예에서는 하나의 반사광을 이용하여 복수개의 상이한 이미지를 획득하기 위하여 존 플레이트 더블릿(320)을 이용하였으나, 이 이외에도 다른 형태의 존 플레이트를 이용하여 구성하는 것이 가능하다.

다른 예로서, 도 9에 도시된 바와 같이 결상 광학계가 별도의 위상판(422)을 포함하여 구성하는 것도 가능하다. 도 9의 a에 도시된 바와 같이, 존 플레이트(421)의 후방 초점면(back focal plane) 상에 위상판(422)을 설치할 수 있다. 이 경우, 편향된 빔만이 초점이 맞추어지게 되고, 이렇게 위상판(422)을 통과한 반사광은 상기 위상판에 의하여 기준광에 비해 1/4파장만큼의 위상차가 발생하게 되어, 이미지 콘트라스트를 증가시킬 수 있다.(도 9의 b 참조)

또 다른 예로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 제니크 존 플레이트(Zernike zone plate)를 이용할 수도 있다. 여기서, 제니크 존 플레이트는 회절되지 않은 상태로 존 플레이트를 통과하는 광과 회절되면서 통과하는 광에 대하여 0.5π의 위상차를 발생시킬 수 있다. 따라서, 이를 이용하여 이미지 콘트라스트를 개선할 수 있다.

이 이외에도, 이미지의 해상도를 증가시키기 위하여 다른 형태의 존 플레이 트를 이용하여 구성하는 것도 가능하다. 일예로서, 도 11에서는 볼륨 존 플레이트(Volume zone plate)의 여러 예를 도시하고 있다. 여기서, 볼륨 존 플레이트는 회절격자가 형성된 방향이, 광축과 소정 각도 경사지도록 형성된 구성이다.

기존의 존 플레이트를 이용하는 경우, 해상도를 개선하기 위해서는 최외각의 폭을 20 nm이하로 축소해야 하므로 제작이 용이한 단점이 있었다. 다만, 전술한 볼륨 존 플레이트를 이용하여 종횡비(aspect ratio)를 20:1 까지 증가시켜 회절의 차수를 높일 수 있고, 회절의 차수를 높이게 되면 해상도를 높이는 것이 가능하다. 이처럼, 광축에 대하여 회절격자가 경사진 볼륨 존 플레이트는 일반적인 존 플레이트에 비하여 회절 효율이 50% 이상 증가하므로 해상도가 개선된 패턴 이미지를 획득하는 것이 가능하다.

이처럼, 본 발명에 의할 경우, 피검사체의 표면으로부터 반사되면서 표면의 이미지 정보를 수반한 반사광을 분할하여, 이를 각각 확대 결상시켜 표면의 상태 및 결함의 유무 등을 검사하는 것이 가능하다. 나아가, 다양한 형태의 존 플레이트를 이용하여 식별이 용이한 표면 3차원 이미지를 획득해 표면의 결함을 검사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 표면 결함 검사장치의 내부구성을 도시한 개략도,

도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 확대도,

도 3는 일반적인 존 플레이트의 단면 및 형상을 도시한 도면,

도 4는 존 플레이트에 의해서 확대 결상되는 원리를 도시한 개략도,

도 5는 일반적인 다중 모세관의 단면을 도시한 단면도,

도 6은 다중 모세관의 각 경로를 따라 빛이 진행하는 원리를 도시한 개략도,

도 7은 다른 실시예에 따른 결상 광학계를 도시한 개략도,

도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 존 플레이트 더블릿 및 이에 의한 영상이미지를 도시한 도면,

도 9는 위상판을 포함한 결상 광학계 및 이에 의한 영상이미지를 도시한 도면,

도 10은 제니크 존 플레이트를 이용한 결상 광학계에 의해 획득된 영상이미지를 도시한 도면, 그리고,

도 11에서는 다양한 볼륨 존 플레이트의 단면을 도시한 단면도이다.

Claims

광원;

피검사체가 안착되는 스테이지;

상기 광원으로부터 입사되는 입사광을 집광하여 상기 피검사체로 조사하는 조명 광학계; 그리고,

상기 피검사체의 표면으로부터 반사된 반사광이 진행하는 복수개의 경로를 구비하며, 각각의 경로로 진행하는 반사광을 확대 결상시키는 결상 광학계;를 포함하되,

상기 결상광학계는, 상기 복수개의 경로와 각각 대응되도록 설치되며, 해당 경로를 진행하는 반사광이 결상되어 검출되는 복수개의 영상검출기를 더 포함하고, 상기 복수개의 경로를 따라 진행되는 반사광을 각각 확대 결상시키는 복수개의 존 플레이트를 포함하여 구성되고,

상기 존 플레이트는 초점이 상이한 복수개의 2차원 이미지를 상기 영상검출기에 결상하며, 상기 영상검출기는 상기 복수개의 2차원 이미지를 이용하여 입체적 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 영상검출기는 CCD 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 복수개의 존 플레이트는 상기 반사광이 진행하는 각각의 경로에 대응되도록 병렬적으로 배치되어, 해당 경로를 진행하는 반사광을 상기 대응되는 영상검출기로 결상시키는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
제5항에 있어서,

상기 결상 광학계는 상기 반사광의 진행 경로를 분지하는 다중 모세관을 포함하여 구성되며, 상기 피검사체의 표면으로부터 반사된 반사광은 상기 다중 모세관 내측으로 입사되어 각각의 모세관이 형성하는 경로를 따라 나뉘어 진행하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
제5항에 있어서,

상기 결상 광학계는 상기 반사광의 진행 경로를 분지하는 복수개의 미세 거울을 더 포함하여 구성되며, 상기 피검사체의 표면으로부터 반사된 반사광은 각각의 미세거울에 반사되면서 복수개의 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 각각의 경로를 따라 진행하는 반사광은 상기 대응되는 존 플레이트에 수직방향으로 조사되는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 존 플레이트는 초점 거리가 서로 다른 회절격자를 포함하는 존 플레이트 더블릿(Zone plate doublet)로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 존 플레이트는 회절되지 않고 투과하는 광과 회절되면서 투과하는 광에 대하여 0.5π의 위상차를 발생시키는 제니크 존 플레이트(Zernike zone plate)로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 존 플레이트의 전방에는 상기 존 플레이트를 통과한 반사광의 위상차를 유도하는 위상판(Phase plate)을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 존 플레이트는 상기 반사광이 조사되는 방향과 경사지도록 형성된 회절격자를 구비하는 볼륨 존 플레이트(Volume zone plate)로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 광원은 10∼15nm 범위의 파장을 갖는 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사장치.